KR102518377B1 - 지문센서 일체형 터치 스크린 장치 - Google Patents

지문센서 일체형 터치 스크린 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102518377B1
KR102518377B1 KR1020160062159A KR20160062159A KR102518377B1 KR 102518377 B1 KR102518377 B1 KR 102518377B1 KR 1020160062159 A KR1020160062159 A KR 1020160062159A KR 20160062159 A KR20160062159 A KR 20160062159A KR 102518377 B1 KR102518377 B1 KR 102518377B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
touch
fingerprint
lines
sensor area
sensor
Prior art date
Application number
KR1020160062159A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170131786A (ko
Inventor
송문봉
추교섭
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020160062159A priority Critical patent/KR102518377B1/ko
Priority to US15/385,238 priority patent/US10338731B2/en
Priority to CN201611233948.7A priority patent/CN107402680B/zh
Publication of KR20170131786A publication Critical patent/KR20170131786A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102518377B1 publication Critical patent/KR102518377B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0443—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a single layer of sensing electrodes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/04166—Details of scanning methods, e.g. sampling time, grouping of sub areas or time sharing with display driving
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0412—Digitisers structurally integrated in a display
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0445—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using two or more layers of sensing electrodes, e.g. using two layers of electrodes separated by a dielectric layer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0446—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04103—Manufacturing, i.e. details related to manufacturing processes specially suited for touch sensitive devices
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04106—Multi-sensing digitiser, i.e. digitiser using at least two different sensing technologies simultaneously or alternatively, e.g. for detecting pen and finger, for saving power or for improving position detection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04111—Cross over in capacitive digitiser, i.e. details of structures for connecting electrodes of the sensing pattern where the connections cross each other, e.g. bridge structures comprising an insulating layer, or vias through substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Image Input (AREA)

Abstract

본 발명은 지문센서 일체형 터치 스크린 장치에 관한 것으로, 센서들이 배치된 터치 센서 영역, 센서들이 배치된 지문&터치 센서 영역, 및 상기 터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들, 및 지문&터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들을 포함한 센서 어레이를 포함한다. 상기 지문&터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들 중 적어도 일부는 상기 터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들과 분리된다.

Description

지문센서 일체형 터치 스크린 장치{FINGER SENSOR INTEGRATED TYPE TOUCH SCREEN DEVICE}
본 발명은 지문센서 일체형 터치 스크린 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 지문인식 기능을 갖는 터치 스크린 장치에 관한 것이다.
컴퓨터 기술의 발달에 따라 노트북 컴퓨터, 태블릿 피시(tablet PC), 스마트폰(smart phone), 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant), 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine), 검색 안내 시스템 등과 같은 다양한 용도의 컴퓨터 기반 시스템(computer based system)이 개발되어 왔다. 이들 시스템에는 통상적으로 개인 사생활과 관련된 개인정보는 물론 영업정보나 영업기밀과 같이 비밀을 요하는 많은 데이터가 저장되어 있기 때문에, 이들 데이터를 보호하기 위해서는 보안을 강화해야 할 필요성이 있다.
생체인식기술(Biometrics)은 사용자의 신체 특성을 인식하는 방법이다. 신체정보는 인간의 신체에서 직접적으로 정보를 추출하는 것으로 지문 인식(Fingerprint), 홍채 인식(Iris- scan), 망막 인식(Retina-scan ), 손모양(Hand geometry ), 안면 인식(Facial recognition ) 등이 있다. 행위특성을 이용하는 방법은 음성인식(Voice recognition), 서명(Signature- scan) 등이 있다. 음성, 망막, 홍채, 얼굴, 지문 인식 기술은 이미 개발되어 보안이 중요한 시스템에 적용되고 있다.
지문 인식을 위한 지문 센서는 광학식 지문센서(optical fingerprint sensor)와 정전용량식 지문센서(capacitive fingerprint sensor)로 나누어진다.
광학식 지문센서(optical fingerprint sensor)는 LED(Light Emitting Diode) 와 같은 광원을 지문에 조사하고 조사하고 지문의 융선(ridge)에 의해 반사된 빛을 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서를 통해 감지한다. 광학식 지문센서는 LED를 이용해서 스캔을 해 야하기 때문에 크기를 줄이는 데에 한계가 있고 광원 자체가 고가이기 때문에 제조비가 증가한다는 문제점이 있다.
정전용량식 지문센서(capacitive fingerprint sensor)는 지문센서와 접촉되는 융선(ridge)과 골(valley) 사이에 대전되는 전기량의 차를 이용하여 지문의 문양을 인식한다.
종래의 정전용량식 지문센서로는 "정전용량식 센서 패키징(capacitive sensor packaging)"이란 명칭으로, 2013년 11월 21일 공개된 미국 공개특허 제 US2013/0307818호(이하, "종래 기술1"이라 함)가 알려져 있다. 종래 기술1에서, 지문 센서는 특정 푸시버튼(push button)과 결합한 어셈블리 형태로 구성되어 있으며, 용량성 플레이트와 사용자의 지문(융선과 골) 사이의 정전용량을 측정하기 위한 회로가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 포함한다.
일반적으로, 인간 지문의 융선(ridge)과 골(valley)은 대략 300㎛~500㎛의 크기로 매우 미세하기 때문에, 종래 기술1은 고해상도 센서 어레이와 지문 인식 처리를 위한 IC(integrated circuit) 제작이 필요하고, 센서 어레이와 IC를 일체로 제작할 수 있는 실리콘 웨이퍼를 이용하고 있다. 그러나 실리콘 웨이퍼를 이용하여 고해상도의 센서 어레이와 IC를 함께 제작할 경우, 푸시 버튼과 함께 지문센서를 결합하기 위한 어셈블리 구조가 필요하게 되므로 구성이 복잡해 질뿐 아니라 비표시 영역 또는 베젤(Bezel) 영역이 커진다. 또한, 푸시 버튼(예를 들면, 스마트폰의 홈키) 내에 지문 센서가 배치되기 때문에 지문 센서의 두께가 증가하고 지문 센싱 영역이 푸시버튼에 의존하여 설계 제한이 많다.
사용자의 손가락이나 스타일러스 펜을 인식하는 터치 스크린(touch screen)을 활용하여 지문을 인식하는 연구가 진행되고 있다. 이러한 기술의 일 예로, "지문식별용 용량성 터치센서(capacitive touch sensor for identifying a fingerprint)"란 명칭으로 2013년 10월 22일 등록된 미국 등록특허 제 US8,564,314호와, "지문인식 일체형 정전용량 터치 스크린(이하 "종래 기술2"라 함)이란 명칭으로 2014년 8월 18일 등록된 대한민국 등록특허 제10-1432988호가 있다.
도 1은 종래 기술1에서 제안된 용량성 센싱패널의 구동 전극과 센싱 전극의 배열을 개략적으로 보여준다. 도 2는 종래 기술2에서 제안된 지문인식 일체형 정전용량 터치 스크린의 구성을 보여준다. 도 3a는 상호 정전용량(mutual capacitance) 방식의 터치 센서 전극 패턴이다. 도 3b는 고밀도 센서 패턴의 일 예를 보여 준다.
도 1을 참조하면, 종래 기술1은 터치 구동전극(1(x))과 터치 센싱전극(1(y))을 포함하는 터치센서(3)와, 지문 구동전극(5(x))과 지문 센싱전극(5(y))을 포함하는 지문센서(5)를 포함한다. 종래 기술1은 터치 스크린과는 완전히 분리된 별도의 영역에 지문 인식 전용 지문센서(5)가 배치되어 있기 때문에, 터치센서(3)와 지문센서 (5) 사이에서 터치를 인식할 수 없는 데드 존(dead zone)이 존재한다.
도 2를 참조하면, 종래 기술2는 터치 패널(AA), 전극 연결 라인(BB), 및 터치 컨트롤러(CC)를 포함한다. 터치 패널(AA)은 서로 교차하도록 배열되는 제1 채널 전극(A1) 과 제2 채널 전극(A2) 의 조합에 의해 미세 채널(A3)이 형성된다. 미세 채널(A3) 중 지문인식 센서(A4) 영역을 제외한 나머지 영역의 미세 채널(A3)들은 복수로 묶여 터치 신호의 감지를 위한 터치 그룹 채널들(A5)로 기능하고, 지문인식 센서(A4)의 영역에 해당하는 미세 채널들(A3) 각각은 지문인식 채널(A6)로 기능하도록 구성된다. 종래 기술2는 미세 채널들(터치 채널들) 때문에 센서 배선에 연결된 정전 용량이 상당히 증가된다. 도 3b와 같은 고밀도 센서들의 센서 배선에 연결된 정전용량(Cm)이 도 3a와 같은 저밀도 센서들의 센서 배선에 연결된 정전 용량(Cm)에 비해 수십~수백배 커질 수 있다. 센서 배선에 연결된 정전용량이 증가되면, 터치 구동 신호가 공급되는 Tx 채널에서 시정수가 커지고, 터치 센서가 수신되는 Rx 채널에서 전압 변동폭과 노이즈가 커져 센싱 감도가 저하된다.
Tx 채널의 시정수가 낮을수록 센서에 인가되는 센서 구동 신호의 횟수가 증가하여 센서의 전하량을 크게 할 수 있고 수신단의 적분기에서 적분 회수가 증가하여 센서 감도가 높아진다. 또한, Rx 채널의 정전 용량이 낮아야만 Rx 채널의 전압 변동이 작고 수신 신호의 노이즈가 작아지기 때문에 센서 감도가 높아진다. 그러나 지문 센싱을 가능하게 하기 위하여 센서들을 고밀도로 배치하면 센서 배선들의 정전 용량 값이 커져 지문/터치 입력의 센싱 감도가 저하된다.
본 발명의 목적은 고밀도 전극 패턴으로 지문센서 일체형 터치 스크린 패널을 구성할 때 센서 배선들에 연결된 정전용량의 크기를 줄일 수 있는 지문센서 일체형 터치 스크린 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 지문센서 일체형 터치 스크린 장치는 센서들이 배치된 터치 센서 영역, 센서들이 배치된 지문&터치 센서 영역, 및 상기 터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들, 및 지문&터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들을 포함한 센서 어레이; 및 상기 터치 센서 영역과 상기 지문&터치 센서 영역의 센서 배선들에 연결되어 터치 인식 모드에서 상기 터치 센서 영역과 상기 지문&터치 센서 영역으로부터 수신된 센서 신호의 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하고, 지문 인식 모드에서 상기 지문&터치 센서 영역으로부터 수신된 센서 신호의 변화를 바탕으로 지문을 센싱하는 IC를 포함한다.
상기 지문&터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들 중 적어도 일부는 상기 터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들과 분리된다.
본 발명은 지문&터치 센서 영역의 센서 배선들 중 적어도 일부를 터치 센서 영역의 센서 배선들과 분리하여 센서 배선들에 연결된 정전 용량과 저항을 줄일 수 있고 또한, 센서 구동 신호의 시정수도 줄일 수 있다. 나아가, 본 발명은 고밀도 센서 배선들 중 일부를 그라운드 또는 플로팅 처리하여 센서 배선들의 정전 용량을 더 줄일 수 있다. 그 결과, 본 발명은 터치 스크린 상에서 데드 존 없이 터치 인식을 가능하게 하고 또한 지문을 인식할 수 있으며 센싱 감도를 개선할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술의 지문 센서들을 보여 주는 도면들이다.
도 3a는 터치센서의 상호 용량을 보여주는 도면이다.
도 3b는 고밀도 센서 패턴들의 상호 용량을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지문센서 일체형 터치 스크린 장치가 적용되는 표시장치를 보여주는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지문센서 일체형 터치 스크린 장치를 보여주는 도면이다.
도 6은 터치 인식 모드에서 지문센서 일체형 터치 스크린 장치에 인가되는 센서 구동신호의 파형도이다.
도 7은 지문 인식 모드에서 지문센서 일체형 터치 스크린에 인가되는 센서 구동신호의 파형도이다.
도 8은 도 6에 도시된 터치 센서 영역에 형성된 센서 배선들을 보여 주는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 고밀도 센서 배선들로 초래되는 정전용량의 증가를 줄이기 위한 본 발명의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 터치 IC의 Rx 채널 입력단 회로를 상세히 보여주는 도면이다.
도 13은 도 12에 도시된 스위치 어레이의 구성과 동작을 상세히 보여주는 도면이다.
도 14a는 터치 인식 모드에서 지문센서 일체형 터치 스크린 장치의 동작을 보여주는 도면이다.
도 14b는 지문 인식 모드에서 지문센서 일체형 터치 스크린 장치의 동작을 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지문&터치 센서 영역의 센서 배선 분리 방법을 보여 주는 도면이다.
도 16 및 도 17은 도 15에 도시된 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 센서 배선들 일부를 확대한 도면들이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지문&터치 센서 영역의 센서 배선 분리 방법을 보여 주는 도면이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 지문&터치 센서 영역의 센서 배선 분리 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 21 내지 도 26은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 지문&터치 센서 영역의 센서 배선 분리 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 터치 IC의 Rx 채널 그룹과 Tx 채널 그룹의 배치를 보여 주는 도면이다.
도 28은 터치 IC의 Tx 채널 핀들과 Rx 채널 핀들의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 29는 터치 IC의 Tx 채널 핀들과 Rx 채널 핀들 사이에 그라운드 핀이 배치된 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 30 및 도 31은 센서 배선들을 연결하는 쇼팅 라인의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다.
도 32 및 도 33은 비구동 센서 배선들의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다.
본 발명의 지문센서 일체형 터치 스크린 장치가 적용되는 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시소자(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.
본 발명은 지문 센싱이 가능한 고밀도 센서들을 이용하여 터치 입력과 지문을 센싱한다. 여기서, 고밀도란 단위 면적당 많은 센서들이 배치된 것을 의미하며, 높은 고정세(fine pitch) 또는 높은 DPI(Dots per inch)의 개념으로 해석될 수 있다. 고정세는 단위 면적당 얼마나 많은 센서들이 배치되어 얼마나 정밀하게 센싱할 수 있는지 그 정도를 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지문센서 일체형 터치 스크린 장치가 적용되는 표시장치를 보여준다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 지문센서 일체형 터치 스크린 장치를 포함한다. 지문센서 일체형 터치 스크린 장치는 터치 스크린(TSP)과, 터치 IC(20)를 포함한다.
터치 스크린(TSP)은 정전 용량을 가지는 센서들이 고밀도로 배치된 센서 어레이와, 센서들에 연결된 센서 배선들을 포함한다. 터치 스크린(TSP)의 센서들은 입력 영상이 재현되는 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이 상에 배열된다.
정전 용량은 자기 정전 용량(Self Capacitance)과 상호 정전 용량(Mutual Capacitance, Cm)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성될 수 있다. 상호 정전 용량은 직교하는 유전층(또는 절연막)을 사이에 두고 교차하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다. 본 발명의 실시예에서, 터치 스크린(TSP)의 센서들은 상호 정전 용량(Cm)으로 구현된 예이지만 이에 한정되지 않는다.
센서 배선들은 제1 방향을 따라 배열되는 Tx 라인들, 제1 방향과 교차되는제2 방향을 따라 배열되는 Rx 라인들을 포함한다. 유전층(또는 절연막)을 사이에 두고 교차하는 Tx 라인들과 Rx 라인들의 교차부마다 상호 정전 용량(Cm)이 존재한다.
Tx 라인들은 센서들에 연결되어 센서들 각각에 터치 IC(20)로부터의 센서 구동신호를 센서들에 인가하여 센서들에 전하를 공급한다. Rx 라인들은 센서들에 연결되어 센서들의 전하를 터치 IC(20)로 공급한다. 상호 용량 센싱 방법은 Tx 라인을 통해 상호 용량 센서의 Tx 전극에 센서 구동신호를 인가하여 상호 용량 센서에 전하를 공급하고, 센서 구동 신호와 동기하여 상호 용량 센서의 용량 변화를 Rx 전극과 Rx 라인을 통해 센싱하면 터치 입력을 센싱할 수 있다.
터치 스크린(TSP)의 센서들은 다양한 형태로 표시패널(DIS)과 결합될 수 있다. 센서들은 표시패널(DIS)의 상부 편광판 상에 접합되거나(Add-on type), 표시패널(DIS)의 상부 편광판과 상부 기판 사이에 형성될 수 있다(On-cell type). 또한, 터치 스크린(TSP)의 센서들은 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다(In-cell type).
터치 스크린(TSP) 상에서 터치 입력뿐 아니라 지문을 센싱하기 위하여, 터치 스크린(TSP)에는 센서들이 고해상도로 배치된다. 이를 위하여, Tx 라인들과 Rx 라인들 각각이 미세한 선폭과 작은 피치(pitch)를 갖는 고밀도 센서 배선들로 형성된다.
터치 스크린(TSP)은 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR)으로 나뉘어질 수 있다. 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR)의 센서 배선들은 모두 고밀도 센서 배선들로 형성될 수 있다.
지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR)의 고밀도 Tx 라인들은 동일한 피치(pitch)로 제작될 수 있다. 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR)의 고밀도 Rx 라인들은 동일한 피치로 제작될 수 있다. 한편, 터치 센서 영역(TAR)의 고밀도 Tx 및 Rx 라인들은 소정 크기의 그룹(group) 단위로 묶여 구동되는 반면, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 및 Rx 라인들은 지문 센싱이 가능하도록 독립적으로 구동된다.
지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR)의 센서 배선들은 그 개수나 형태가 도면들에 도시된 예로 한정되지 않는다. 도면들에 도시된 센서 배선들은 발명을 이해하기 쉽게 단순화하였다는 것에 주의하여야 한다.
지문&터치 센서 영역(FTAR)의 센서들은 터치 인식 모드에서 손가락이나 펜의 터치 입력을 센싱하고, 지문 인식 모드에서 지문을 센싱한다. 이에 비하여, 터치 센서 영역(TAR)은 터치 입력만 센싱할 수 있다. 도 4 및 도 5는 지문&터치 센서 영역(FTAR)은 터치 스크린(TSP) 상에서 중앙 1 개소로 배치된 예를 보여 주고 있지만, 지문&터치 센서 영역(FTAR)은 이 도면들에 도시된 특정 위치나 특정 개수로 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다. 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR)의 Tx 라인들과 Rx 라인들은 고밀도 센서 배선들로 형성된다. 터치 센서 영역(TAR)의 Tx 라인들과 Rx 라인들은 터치 인식 모드에서 터치 입력 센싱이 가능한 크기의 그룹 단위로 연결되어 그룹 단위로 순차 구동될 수 있다. Tx 라인 그룹은 쇼팅 라인(shorting line)을 통해 서로 연결된 2 개 이상의 Tx 라인들을 포함하여 터치 IC(20)에서 하나의 Tx 채널에 연결된다. Tx 라인 그룹은 터치 인식 모드에서 하나의 Tx 라인과 같은 방법으로 구동된다. Rx 라인 그룹은 쇼팅 라인을 통해 서로 연결된 2 개 이상의 Rx 라인들을 포함하여 터치 IC(20)에서 하나의 Rx 채널에 연결된다. 반면에, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들과 Rx 라인들은 지문의 융선과 골을 센싱할 수 있도록 서로 분리된다. 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들은 터치 IC(20)에서 독립된 Tx 채널들에 1:1로 연결되어 독립적으로 구동된다. 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들은 터치 IC(20)에서 독립된 Rx 채널들에 1:1로 연결된다.
Tx 라인들과 Rx 라인들이 고밀도 센서 배선들로 형성되기 때문에, 지문&터치 영역(FTAR)의 센서들은 지문의 융선과 골을 센싱할 수 있다. 한편, 손가락 또는 펜을 인식하는 터치 입력은 지문 센싱 만큼 높은 해상력이 필요 없으므로, 터치 센서 영역들(TAR)의 센서들은 소정 크기의 터치 센싱 그룹 단위로 그룹핑(grouping)되어 그룹 단위로 구동될 수 있다. 도 5와 같이, Tx 라인들과 Rx 라인들 각각에서 그룹 단위로 그룹핑될 수 있다. 센서들에 연결된 센서 배선들을 연결하여 그 배선들을 단락(short circuit)하는 방법으로 센서들을 그룹핑할 수 있다. 센서들이 그룹핑되어 동시에 구동되면 센서들에 공급되는 센서 구동 신호의 개수와 센싱 횟수를 줄여 소비전력과 터치 리포트 레이트(touch report rate)를 줄일 수 있다. 터치 레포트 레이트는 터치 입력의 좌표를 호스트 시스템으로 전송하는 속도이다. 터치 레포트 레이트가 높을수록 터치 입력 좌표의 업데이트 속도가 빨라지므로 터치 감도가 개선될 수 있다.
센서들이 터치 센싱 그룹 단위로 구동되는 경우에, 한번에 센싱되는 센서들의 상호 정전용량(Cp)과 기생 용량이 너무 커지기 때문에 터치 IC(20)에 수신되는 센서의 전하량이 감소되고 노이즈가 많아지고, 그 결과 센싱 성능이 저하될 수 있다. 기생 용량은 센서들에 연결(coupling)되는 터치 스크린(TSP)과 표시패널(DIS)의 기생 용량이다.
본 발명은 터치 센싱 그룹 단위로 터치 센서들을 그룹핑할 때에, 센서 배선들의 고밀도화로 인하여 상호 정전용량과 기생 용량이 커지는 사이드 이펙트(side effect)를 줄이기 위해, 터치 센싱 그룹 내에서 일부 센서들만 정상적으로 구동하고 나머지 센서들을 구동하지 않는 방법을 적용할 수 있다. 구체적으로, 터치 IC(20)는 터치 센싱 그룹 내에서 정상적으로 구동되는 센서들에 연결된 Rx 라인들을 통해 센서들의 전하 변화량을 센싱하고, 구동되지 않는 센서들에 연결된 Rx 라인들을 플로팅(floating) 또는 그라운드 처리한다. Rx 라인을 플로팅한다는 것은 Rx 라인과 터치 IC의 Rx 채널 사이의 전류 패스를 차단한다는 것을 의미한다. Rx 라인을 그라운드 처리하는 방법은 Rx 라인에 그라운드 전압을 인가하는 것을 의미한다.
터치 IC(20)는 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 센서들을 연결되어 터치 인식 모드에서 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)으로부터 수신된 센서 신호의 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하고, 지문 인식 모드에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)으로부터 수신된 센서 신호의 변화를 바탕으로 지문을 센싱한다. 구체적으로, 터치 IC(20)는 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 센서터치배선들에 연결되어 터치 인식 모드에서 데드 존(dead zone) 없이 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR) 상의 터치 입력을 센싱하고, 지문 인식 모드에서 지문&터치 센서 영역(FTAR) 상의 사용자 지문을 센싱한다. 따라서, 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)는 하나의 터치 IC(20)에 의해 구동된다.
터치 IC(20)는 Tx 채널과, 이 Tx 채널들을 통해 Tx 라인들에 센서 구동신호를 공급하는 구동신호 공급 유닛과, Rx 라인들에 연결된 Rx 채널들과, 이 Rx 채널들을 통해 센서들의 전하 변화량을 센싱하는 센싱 유닛을 포함한다. 센싱 유닛은 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱 유닛과, 지문 정보를 센싱하는 지문 센싱 유닛을 포함한다. 도면에서 Tx1~Tx3은 Tx 채널들이고, Rx1~Rx3은 Rx 채널들이다.
터치 IC(20)는 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 센서들과 연결된 Rx 라인들을 터치 센싱 유닛과 지문 센싱 유닛에 선택적으로 연결하는 스위치 어레이를 더 포함한다. 스위치 어레이는 터치 인에이블신호와 지문 인에이블신호에 응답하여 Rx 라인들과 터치 IC 사이의 전류 패스를 스위칭한다.
터치 IC(20)는 센서들의 전하를 증폭하고 적분기에 입력하여 적분기에서 그전하량을 누적하여 터치 입력 또는 지문 입력 전후의 전하 변화량을 크게 하고, 그 적분기의 커패시터에 누적된 전압을 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, ADC)에 입력하여 디지털 데이터로 변환한다. 그리고 터치 IC는 ADC로부터 출력된 디지털 값(raw data)를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 그 문턱값 보다 큰 디지털 값으로 판정된 센서들의 위치를 터치 입력 또는 지문 입력 위치로 판단한다. 문턱값은 터치 입력을 판정하기 위한 제1 문턱값과, 지문 입력을 판정하기 위한 제2 문턱값으로 나뉘어질 수 있다. 터치 IC(20)는 터치 인식 모드에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR)에 배치된 센서들의 전하 변화량을 바탕으로 판단된 터치 입력의 좌표 정보(TDATA)와, 지문 인식 모드에서 지문&터치 센서 영역(FTAR) 내에 배치된 센서들의 전하 변화량을 바탕으로 판단된 지문 감지 정보(FDATA)를 호스트 시스템(18)으로 전송한다.
본 발명의 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(12,14,16), 및 호스트 시스템(18)을 더 포함한다.
표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 매트릭스 형태로 정의된 픽셀들을 포함하여 입력 영상을 표시한다. 픽셀들 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함할 수 있다. 액정셀은 화소전극에 인가되는 데이터 전압과, 공통 전극에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 구동되는 액정분자들을 이용하여 입력 영상의 데이터에 따라 픽셀을 통과하는 광의 투과율을 조절한다.
표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 표시패널(DIS)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(column spacer)가 형성된다.
표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. 표시패널(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다.
디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(16)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 ADC를 통해 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생하고 그 데이터 전압을 데이터라인들(D1~Dm)로 출력한다. 스캔 구동회로(14)는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 픽셀 라인을 선택한다. 게이트 펄스는 데이터라인들(D1~Dm)에 공급되는 데이터전압에 동기된다.
타이밍 콘트롤러(16)는 호스트 시스템(18)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 호스트 시스템(18)으로부터 수신되는 타이밍 신호는 입력 영상의 데이터와 동기된다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. OLED 표시장치의 경우에 극성제어신호(POL)가 필요없다.
호스트 시스템(18)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(18)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(18)은 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(16)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(18)은 터치 IC(20)로부터 입력되는 지문 입력 좌표를 미리 저장한 지문 정보와 비교하여 그 유사도를 판단하여 사용자 인증 절차를 수행하고, 허락된 사용자로 판단되면 그 사용자 명령에 따라 표시장치를 구동한다. 호스트 시스템(18)은 사용자 인증 후에 입력된 터치 입력 좌표와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지문센서 일체형 터치 스크린 장치를 보여준다. 도 6은 터치 인식 모드에서 지문센서 일체형 터치 스크린에 인가되는 센서 구동신호의 파형도를 보여준다. 그리고, 도 7은 지문 인식 모드에서 지문센서 일체형 터치 스크린에 인가되는 센서 구동신호의 파형도를 보여준다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서 영역(TAR)에는 제1 방향(y)으로 서로 나란하게 배열되는 제1 Tx 라인 그룹들(GPa-Tx)과, 제2 방향(x)으로 서로 나란하게 배열되어 제1 Tx 라인 그룹들(GPa-Tx)과 교차하는 제1 Rx 라인 그룹들(GPa-Rx)과, 제1 Tx 라인 그룹들(GPa-Tx)과 제1 Rx 라인 그룹들(GPa-Rx)의 교차점들에 형성되는 터치 센서들(Ta)이 구비된다.
터치 스크린(TSP)의 지문&터치 센서 영역(FTAR)에는 제1 방향(y)으로 서로 나란하게 배열되는 제2 Tx 라인 그룹들(GPb-Tx)과, 제2 방향으로 서로 나란하게 배열되어 제2 Tx 라인 그룹들(GPb-Tx)과 교차하는 제2 Rx 라인 그룹들(GPb-Rx)과, 제2 Tx 라인 그룹들(GPb-Tx)과 제2 Rx 라인 그룹들(GPb-Rx)의 교차점들에 형성되는 지문&터치 센서들(FTa)이 구비된다.
터치 IC(20)는 호스트 시스템(18)으로부터 입력되는 터치 인에이블신호(도 13의 TEN)에 따라 터치 인식 모드를 활성화시키고, 지문 인에이블신호(도 13의 FEN)에 따라 지문 인식 모드를 활성화시킨다.
터치 인식 모드(TMODE)에서, 터치 IC(20)는 터치 센서 영역(TAR)와 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들을 그룹 단위로 묶어 그룹 단위로 Tx 라인들을 순차 구동한다. 터치 IC(20)는 터치 인식 모드(TMODE)에서 도 6과 같이 하나의 그룹 내에의 속한 Tx 라인들에 동일 위상의 센서 구동신호를 공급한다. 터치 IC(20)는 Tx 라인들을 그룹 단위로 묶어 그룹 단위로 순차 구동시키고, Rx 라인들을 그룹 단위로 묶어 센서 구동신호에 동기되어 터치 센싱유닛(TSU)을 통해 센싱한다. 정전용량이 급격히 증가되는 것을 방지하기 위해 하나의 그룹 내의 Rx 라인들은 모두 센싱되지 않고 일부만 센싱될 수 있다. 일 예로, 터치 IC(20)는 터치 인식 모드(TMODE)에서, 하나의 그룹에 속한 Rx 라인들 중에서 일부 Rx 라인들의 일부를 스위치 어레이(SB)로 선택하여 센싱유닛(TSU)에 연결할 수 있다.
터치 인식 모드(TMODE)에서, 터치 IC(20)는 제1 및 제2 Rx 라인 그룹들(GPa-Rx,GPb-Rx)을 통해 입력되는 센서의 전하 변화량을 센싱하여 손가락이나 스타일러스 펜과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다.
지문 인식 모드(FMODE)에서, 터치 IC(20)는 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 센서들(FTa)과 연결된 제2 Tx 라인 그룹들(GPb-Tx)에 위상이 순차 지연되는 센서 구동신호를 공급하여 제2 Tx 라인 그룹들(GPb-Tx, tx21~tx2m)을 개별적으로 1 라인씩 순차 구동시킨다. 제2 Tx 라인 그룹들(GPb-Tx)에 속한 Tx 라인들(tx21~tx2m)은 개별 구동하여 지문을 센싱하기 위하여 서로 연결되지 않는다. 터치 IC(20)는 지문 인식 모드(FMODE)에서 Tx 라인들(tx21~tx2m)에 인가되는 센서 구동신호에 동기되어 제2 Rx 라인 그룹들(GPb-Rx)을 통해 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 센서들의 전하 변화량을 개별 센싱한다. 제2 Rx 라인 그룹들(GPb-Rx)에 속한 Rx 라인들(rx21~rx2m)은 지문을 센싱하기 위하여 서로 연결되지 않는다.
터치 IC(20)는 지문 인식 모드(FMODE)에서, Rx 라인들(rx21~rx2m)을 스위치 어레이(SB)를 통해 지문 센싱유닛(FSU)에 연결한다. 지문 인식 모드(FMODE)에서, 터치 IC(20)는 Rx 라인들(rx21~rx2m)을 통해 수신된 지문&터치 센서 영역(FTAR) 내의 센서들의 전하 변화량을 바탕으로 지문을 센싱한다.
도 8은 터치 센서 영역(TAR)을 지나는 Tx 라인들과 Rx 라인들을 보여준다. 도 9 내지 도 11은 고밀도 센서 배선들로 초래되는 정전용량의 증가를 줄이기 위한 본 발명의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다.
도 8을 참조하면, 터치 센서 영역(TAR)은 제1 Tx 라인 그룹들(GPa-Tx)과 제1 Rx 라인 그룹들(GPa-Rx)의 교차로 이뤄진다. 터치 센서 영역(TAR)의 Tx 라인들은 쇼팅 라인(shorting line, 81)을 통해 Tx 그룹 단위로 연결된다. 터치 IC(20)의 Tx 채널은 Tx 라우팅 라인(routing line, 82)을 통해 쇼팅 라인(81)에 연결된다.
Rx 라인들에 연결된 정전 용량이 크면, 센싱 유닛의 Rx 채널을 통해 적분기의 입력 전압 변동을 초래하고 노이즈를 증가시킨다. 터치 IC(20)의 Rx 채널들에 연결되는 정전 용량을 줄이기 위하여, 터치 IC(20)는 제1 Rx 라인 그룹들(GPa-Rx) 중에서 일부만 Rx 채널들에 연결한다. 이를 위하여, 제1 Rx 라인 그룹들(GPa-Rx)은 터치 IC의 Rx 채널과 연결되지 않는 무효 채널(NRx)과, 터치 IC의 Rx 채널에 연결되는 유효 채널 그룹(ERx)으로 나뉘어진다. 이웃한 유효 채널 그룹들(ERx) 간의 간격은 손가락이나 펜 터치 입력의 센싱이 가능한 해상도를 충족하여야 한다.
터치 센서 영역(TAR)에서 미리 설정된 유효 채널 그룹(ERx)에 속한 Rx 라인들은 쇼팅 라인(83)을 통해 연결된다. 터치 IC(20)의 Rx 채널은 Rx 라우팅 라인(84)을 통해 쇼팅 라인(83)에 연결된다.
터치 IC(20)는 터치 인식 모드에서 쇼팅 라인(81)을 통해 제1 Tx 라인 그룹들(GPa-Tx)에 동일한 센서 구동신호를 공급하고, 제1 Rx 라인 그룹들(GPa-Rx) 중에서 제1 유효 채널 그룹들(ERx)의 Rx 라인들을 Rx 채널들을 통해 터치 센싱유닛(TSU)에 연결하여 센서들의 전하 변화량을 센싱한다. 제1 Rx 라인 그룹들(GPa-Rx) 중에서 제1 무효 채널들(NRx)의 비구동 Rx 라인들은 터치 센싱유닛(TSU)에 연결되지 않고 플로팅되거나 저전위 전압(VSS) 또는 특정 직류 전압이 인가되어 그라운드 처리된다. 터치 IC(20)는 도 9 내지 도 11과 같이 제1 Rx 라인 그룹들(GPa-Rx)의 일부만 Rx 채널들에 연결함으로써 Rx 채널에 연결된 정전용량을 줄일 수 있다.
터치 IC(20)는 스위치 어레이(SB)를 이용하여 도 11과 같이 무효 채널들(NRx)의 비구동 Rx 라인들 중 일부를 플로팅시키고, 다른 일부를 그라운드 처리할 수 있다. 유효 채널 그룹들(ERx)과 이웃한 무효 채널들(NRx)의 일부 비구동 Rx 라인들(H1,H2,H3,H4)은 도 11과 같이 저전위 전압원(VSS)에 접속되고, 나머지 비구동 Rx 라인들은 플로팅될 수 있다.
도 12는 본 발명의 터치 IC(20)의 Rx 채널들의 입력단 회로를 상세히 보여준다. 도 13은 스위치 어레이(SB)의 구성과 동작을 상세히 보여준다. 도 14a는 터치 인식 모드에서 지문센서 일체형 터치 스크린 장치의 동작을 보여준다. 그리고, 도 14b는 지문 인식 모드에서 지문센서 일체형 터치 스크린 장치의 동작을 보여준다.
도 12 내지 도 14b를 참조하면, 터치 센싱 유닛(TSU)은 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 채널별로 분리된 다수의 터치 센싱부들(TS1,TS2,TS3)을 포함한다. 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인들은 쇼팅 라인(81)을 통해 연결되어 그룹 단위로 분할되어 하나의 Rx 채널을 통해 터치 센싱부(TS1)에 연결된다. 예를 들어, 제1 유효 채널 그룹의 Rx 라인들은 제1 Rx 채널(Rx1)을 통해 제1 터치 센싱부(TS1)에 연결되고, 제3 유효 채널 그룹의 Rx 라인들은 제3 Rx 채널(Rx3)을 통해 제3 터치 센싱부(TS3)에 연결된다. 제2 유효 채널 그룹의 Rx 라인들은 제2 Rx 채널(Rx2)과 스위치 어레이(SB)를 통해 제2 터치 센싱부(TS2)에 연결된다.
지문 센싱유닛(FSU)은 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들과 연결된 Rx 채널들을 통해 센서 신호를 수신하는 다수의 지문 센싱부들(FS1~FS8)을 포함한다. 지문 센싱부들(FS1~FS8)은 지문 센싱유닛(FSU)과, 스위치 어레이(SB)를 포함한다.
스위치 어레이(SB)는 터치 인식 모드에서 터치 인에이블신호(도 13의 TEN)에 응답하여 도 14a와 같이 제2 Rx 라인 그룹들(GPb-Rx)에 속하는 유효 채널 그룹의 Rx 라인들(rx3, rx4, rx5, rx6)을 터치 센싱부(TS2)에 공통으로 연결한다. 스위치 어레이(SB)는 지문 인식 모드에서 터치 지문 인에이블신호(도 13의 FEN)에 응답하여 지도 14b와 같이 제2 Rx 라인 그룹들(GPb-Rx)에 속하는 모든 채널들(rx1~rx8)을 지문 센싱부들(FS1~FS8)에 개별 연결한다.
스위치 어레이(SB)는 도 13과 같이 지문 인에이블신호(FEN)에 따라 턴 온 되어 제2 Rx 라인 그룹들(GPb-Rx)을 지문 센싱부들(FS1~FS8)의 입력단들에 개별적으로 연결하는 제1 스위치들(SW1)과, 터치 인에이블신호(TEN)에 따라 턴 온 되어 제2 Rx 라인 그룹들(GPb-Rx) 중에서 유효 채널 그룹의 Rx 라인들(rx3,rx4,rx5,rx6)을 터치 센싱부(TS2)의 입력단에 공통으로 연결하는 제2 스위치들(SW2)을 포함한다.
터치 센싱부들(TS1,TS2,TS3)과 지문 센싱부들(FS1~FS8) 각각은 연산 증폭기(OP. amp)와 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속된 커패시터(Cfb_f, Cfb_t)를 포함한다. 터치 센싱부들(TS1,TS2,TS3)의 커패시터(Cfb_t) 용량은 지문 센싱부들(FS1~FS8)의 커패시터(Cfb_f) 용량 보다 크게 설계된다. 도면에서 연산 증폭기의 출력단에 연결된 적분기, 적분기의 출력단에 연결된 ADC 등은 생략되어 있다.
터치 스크린(TSP)의 센싱 감도를 높이기 이해서는 센서 배선들의 정전 용량 특히, 터치 IC(20)의 Rx 채널들에 연결된 Rx 라인들의 정전 용량을 줄여야 한다. 본 발명은 전술한 바와 같이 고밀도 센서 배선들로 형성되는 Rx 라인들 중에서 터치 센싱이 가능한 간격으로 이격된 Rx 라인들만 터치 IC(20)의 Rx 채널들에 연결함으로써 Rx 채널들에 연결된 Rx 라인들의 정전용량을 줄일 수 있다. 나아가, 본 발명은 이하의 실시예들과 같이 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 센서 배선들 중 적어도 일부를 터치 센서 영역(TAR)의 센서 배선들과 분리하여 센서 배선들에 연결된 정전 용량과 저항을 더 줄일 수 있다. 또한, 이하의 실시예들은 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들을 터치 IC(20)와 가깝게 배치하여 그 Rx 라인들의 정전 용량과 저항을 더 줄일 수 있다.
도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지문&터치 센서 영역의 센서 배선 분리 방법을 보여 주는 도면이다. 도 16 및 도 17은 도 15에 도시된 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 센서 배선들의 일부를 확대한 도면들이다. 도 16은 도 15에 도시된 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들을 확대한 도면이다.
도 15를 참조하면, 터치 센서 영역(TAR)의 고밀도 센서 배선들은 쇼팅 라인(81, 83)을 통해 그룹 단위로 묶여서 구동된다. 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 고밀도 센서 배선들 중에서 Rx 라인들은 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인들과 분리된다. 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들은 이웃한 터치 센서 영역(TAR)의 Tx 라인들과 연결된다.
지문&터치 센서 영역(FTAR) 내에 배치되는 고밀도 센서 배선들이 많아지면 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR) 사이에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)이 넓어진다. 이 경우, 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR)의 공간을 확보하기 위하여, 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인 그룹(GPb-Rx)에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 이웃한 부분의 폭이 그렇지 않은 부분에 비하여 작아진다.
터치 스크린(TSP)의 Rx 라인들과 터치 IC(20)의 Rx 채널들(RX) 사이의 라우팅 라인들이 짧아질 수 있도록 터치 IC(20)의 Tx 채널 그룹들(TX(1), TX(2)) 사이에 Rx 채널 그룹들(RX)이 배치된다. Tx 채널 그룹들(TX(1), TX(2))은 Tx 라우팅 라인들(82)을 통해 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들이 연결되는 다수의 Tx 채널들을 포함한다. Rx 채널 그룹들(RX)은 Rx 라우팅 라인들(84)을 통해 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들이 연결되는 다수의 Rx 채널들을 포함한다.
Tx 라우팅 라인들(82)이 배치되는 베젤(Bezel) 영역을 줄이기 위하여, 터치 센서 영역(TAR)의 Tx 라인들은 터치 IC(20)의 제1 채널 그룹(TX(1))과 제2 채널 그룹(TX(2))에 나누어 연결될 수 있다. 예를 들어, 기수 번째 Tx 라인 그룹들은 터치 IC(20)의 제1 채널 그룹(TX(1))에 배치된 Tx 채널들(Tx1, Tx3,… Tx5)에 연결될 수 있다. 우수 번째 Tx 라인 그룹들은 터치 IC(20)의 제2 채널 그룹(TX(2))에 배치된 Tx 채널들(Tx2, Tx4,… Tx6)에 연결될 수 있다. 그 결과, 본 발명은 터치 스크린(TSP)에서 Tx 라우팅 라인들(82)이 좌우 베젤들에 분산 배치되므로 베젤 영역의 크기 증가를 줄일 수 있다.
도 16을 참조하면, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들(rx1~rx7)의 길이(L2)는 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인들의 길이(L1) 보다 작다. 따라서, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들(rx1~rx7)의 정전 용량과 저항이 대폭 감소된다.
도 16에서 폭이 넓은 배선은 터치 센서 영역(TAR)의 유효 채널 그룹(ERx)이다. P1은 유효 채널 그룹(ERx)의 Rx 라인들 간의 피치(pitch)이고, P2는 지문&터치 센서 영역(FTAR)에서 이웃한 Rx 라인들 간의 피치이다. 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들(rx1~rx7) 간의 피치(P2)는 터치 센서 영역(TAR)의 유효 채널 그룹 (ERx) 의 Rx 라인들 간의 피치(P1) 보다 훨씬 작다. 따라서, 터치 센서 영역(TAR)의 유효 채널 그룹들(ERx) 간에 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 고밀도 Rx 라인들(rx1~rx7)이 충분히 배치될 수 있다. 일 예로, P1은 4mm이고, P2는 10μm일 수 있다.
도 16에서, Pwa는 하나의 유효 채널 그룹(ERx)의 Rx 라인 선폭이고, Psa는 이웃한 유효 채널 그룹(ERx)의 Rx 라인들 간의 공간(space) 폭이다. Pwb는 지문&터치 센서 영역(FTAR)에서 하나의 Rx 라인 폭이고, Psb는 지문&터치 센서 영역(FTAR)에서 이웃한 Rx 라인들 사이의 공간 폭이다.
도 17에서 폭이 넓은 배선은 터치 센서 영역(TAR)에서 쇼팅 라인(81)을 통해 그룹 단위로 묶여진 Tx 라인들이다. 도 17과 같이, 터치 센서 영역(TAR)에만 존재하는 Tx 라인의 길이(L3)에 비하여, 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)을 가로 지르는 또는 공유하는 Tx 라인들(tx1~tx5)의 길이가 작다. 따라서, 지문 인식 모드에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들에 인가되는 센서 구동신호의 시정수를 줄일 수 있다.
도 15 내지 도 17에 도시된 실시예의 동작은 전술한 실시예들과 실질적으로 동일하다. 예컨대, 터치 IC(20)는 터치 인식 모드(TMODE)에서 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들을 그룹 단위로 묶어 센서 구동 신호를 Tx 라인들에 공급하고, 그룹 단위로 또는 유효 채널 그룹으로 묶여진 Rx 채널들을 통해 센서들의 전하 변화량을 센싱하여 터치 입력을 센싱한다. 그리고 터치 IC(20)는 지문 인식 모드에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들(tx1~tx5)을 개별 구동하고 Rx 채널들(rx1~rx7)을 Rx 채널들에 개별 연결하여 지문을 센싱한다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지문&터치 센서 영역의 센서 배선 분리 방법을 보여 주는 도면이다.
도 18을 참조하면, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 고밀도 센서 배선들 중에서 Rx 라인들은 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인들과 분리된다. 따라서, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들의 길이는 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인들의 길이 보다 작기 때문에 Rx 라인들의 정전 용량과 저항이 대폭 감소된다.
지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들은 터치 센서 영역(TAR)의 Tx 라인들과 분리되지 않는다. 따라서, 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR)을 지나는 Tx 라인의 길이는 터치 센서 영역(TAR)만 지나는 Tx 라인과 동일하다.
터치 스크린(TSP)의 Rx 라인들과 터치 IC(20)의 Rx 채널들(RX) 사이의 라우팅 라인들이 짧아질 수 있도록 터치 IC(20)의 Tx 채널 그룹들(TX(1), TX(2)) 사이에 Rx 채널 그룹들(RX)이 배치된다.
터치 센서 영역(TAR)의 Tx 라인들은 터치 IC(20)의 제1 채널 그룹(TX(1))과 제2 채널 그룹(TX(2))에 나누어 연결될 수 있다. 예를 들어, 기수 번째 Tx 라인 그룹들은 터치 IC(20)의 제1 채널 그룹(TX(1))에 배치된 Tx 채널들에 연결될 수 있다. 우수 번째 Tx 라인 그룹들은 터치 IC(20)의 제2 채널 그룹(TX(2))에 배치된 Tx 채널들에 연결될 수 있다. 그 결과, 본 발명은 터치 스크린(TSP)에서 Tx 라우팅 라인들(82)이 좌우 베젤들에 분산 배치되므로 베젤 영역의 크기 증가를 줄일 수 있다.
터치 IC(20)는 터치 인식 모드(TMODE)에서 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들을 그룹 단위로 묶어 센서 구동 신호를 Tx 라인들에 공급하고, 그룹 단위로 또는 유효 채널 그룹으로 묶여진 Rx 채널들을 통해 센서들의 전하 변화량을 센싱하여 터치 입력을 센싱한다. 그리고 터치 IC(20)는 지문 인식 모드에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들(tx1~tx5)을 개별 구동하고 Rx 채널들(rx1~rx7)을 Rx 채널들에 개별 연결하여 지문을 센싱한다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 지문&터치 센서 영역의 센서 배선 분리 방법을 보여 주는 도면들이다. 도 20은 도 19에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 그 주변 부분을 확대한 도면이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들은 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인들과 분리된다. 또한, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들은 터치 센서 영역(TAR)의 Tx 라인들과 분리되고, 따라서, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들(rx1~rx7)의 길이는 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인들의 길이 보다 작기 때문에 Rx 라인들(rx1~rx7)의 정전 용량과 저항이 대폭 감소된다.
지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들(tx1~tx5)은 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 좌측과 우측에 이웃한 Tx 라인들과 분리된다. 따라서, 지문 인식 모드에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들에 인가되는 센서 구동신호의 시정수를 줄일 수 있다.
Tx 라인들(tx1~tx5)과 터치 IC(20)의 Tx 채널들을 연결하는 Tx 라우팅 라인들(86)은 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR) 사이의 공간에 배치된다. 이 공간을 확보하기 위하여, 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인 그룹(GPb-Rx)에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 이웃한 부분의 폭이 그렇지 않은 부분에 비하여 작아진다.
지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들이 터치 IC(20)의 Rx 채널들(RX)에 최단거리로 연결될 수 있도록, 터치 IC(20)의 Tx 채널 그룹들(TX(1), TX(2), TX(3), TX(4))과 Rx 채널 그룹들(RX(1), RX(2), RX(3)이 배치된다. 이를 위하여, 터치 IC(20)의 Tx 및 Rx 채널들 중에서 Rx 채널 그룹(Rx(2))이 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 가장 가깝게 배치된다. 도 18과 같이 지문&터치 센서 영역(FTAR)이 터치 스크린(TSP)의 중앙 또는 하단 중앙에 배치되면 터치 IC(20)의 Tx 채널 그룹들(TX(1), TX(2)) 사이에 Rx 채널 그룹들(RX)이 배치된다.
터치 IC(20)는 터치 인식 모드(TMODE)에서 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들을 그룹 단위로 묶어 센서 구동 신호를 Tx 라인들에 공급하고, 그룹 단위로 또는 유효 채널 그룹으로 묶여진 Rx 채널들을 통해 센서들의 전하 변화량을 센싱하여 터치 입력을 센싱한다. 그리고 터치 IC(20)는 지문 인식 모드에서 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들(tx1~tx5)을 개별 구동하고 Rx 채널들(rx1~rx7)을 Rx 채널들에 개별 연결하여 지문을 센싱한다.
전술한 실시예들은 도 21 내지 도 26과 같이 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 지문&터치 센서 영역(FTAR)을 터치 스크린(TSP)의 코너부에 하나 이상 배치할 수 있다. 도 22와 같이 터치 센서 영역(TAR)을 사이에 두고 분리된 제1 및 제2 지문&터치 센서 영역(FTAR1, FTAR2)의 Tx 라인들은 베젤 영역을 줄이기 위하여 병렬 라우팅 라인에 연결될 수 있다. 병렬 라우팅 라인은 FPC(Flexible Printed Circuit) 상에서 분기되어 양쪽으로 분리될 수 있다. 도 21 내지 도 26에 도시된 실시예들은 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들이 그와 이웃한 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인들과 분리되어 있다. 추가로 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들도 터치 센서 영역(TAR)의 Tx 라인들과 분리될 수 있다.
본 발명은 하나의 터치 IC(20)로 지문&터치 센서 영역(FTAR)과 터치 센서 영역(TAR)의 고밀도 센서들을 구동한다. 이러한 터치 IC(20)에서 Rx 채널 그룹(RX(1), RX(2), RX)과 Tx 채널 그룹(TX(1), TX(2), TX)은 도 27 및 도 28과 같이 교대로 배치될 수 있다. RX 채널 그룹(RX(1), RX(2), RX)이 이웃한 TX 채널 그룹들(TX(1), TX(2)) 사이에 배치되거나, TX 채널 그룹(TX(1), TX(2), TX)이 이웃한 RX 채널 그룹들(RX(1), RX(2)) 사이에 배치될 수 있다.
도 28은 터치 IC(20)의 Tx 채널 핀들과 Rx 채널 핀들의 일 예를 보여 주는 도면이다. 도 29는 터치 IC의 Tx 채널 핀들과 Rx 채널 핀들 사이에 그라운드 핀이 배치된 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 28 및 도 29를 참조하면, 터치 IC(20)는 Tx 채널들과 Rx 채널들에 1:1로 연결된TX 채널 핀들(pin)을 포함한다. 도면에서 터치 IC(20) 내의 숫자는 핀 번호를 나타낸다.
제1 Tx채널 그룹(TX(1))의 핀들(1~5)은 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들과 연결될 수 있다. 제2 Tx 채널 그룹(TX(2))의 핀들(1~5)은 터치 센서 영역(TAR)의 Tx 라인들과 연결될 수 있다. RX 채널 그룹(RX)의 핀들(1~7)은 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들에 연결될 수 있다.
터치 IC(20)는 터치 인식 모드에서 제2 Tx 채널 그룹(TX(1))의 1~5 번 핀들을 통해 센서 구동신호를 순차적으로 출력하여 터치 센서 영역(TAR)에서 그룹 단위로 묶여진 Tx 라인들에 순차적으로 센서 구동신호를 공급한다. 그리고 터치 IC(20)는 터치 인식 모드에서 제1 Tx 채널 그룹(TX(1))의 1~5 번 핀들을 통해 센서 구동신호를 동시에 출력하여 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들을 하나의 그룹처럼 묶어 구동한다. 터치 IC(20)는 터치 인식 모드에서 Tx 라인 그룹 단위로 인가되는 센서 구동신호에 동기하여 Rx 채널 그룹(RX)의 3~5 번 핀들을 통해 유효 채널(ERx)의 Rx 라인들로부터 센서들의 신호를 수신하여 그 센서들의 전하 변화량을 바탕으로 데드존 없이 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR) 상의 터치 입력을 센싱한다.
터치 IC(20)는 지문 인식 모드에서 제1 Tx 채널 그룹(TX(1))의 1~5번 핀들을 통해 센서 구동 신호를 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Tx 라인들에 순차적으로 공급하여 지문&터치 센서 영역(FTAR)을 1 라인 단위로 스캐닝한다. 그리고 터치 IC(20)는 지문 인식 모드에서 그 센서 구동신호에 동기하여 Rx 채널 그룹(RX)의 3~5 번 핀들을 통해 유효 채널 그룹(ERx)의 Rx 라인들로부터 고밀도 센서들 각각의 신호를 순차적으로 수신하여 사용자의 지문을 센싱한다.
Tx 채널들에 연결된 핀의 전압은 센서 구동신호로 인하여 Rx 채널들에 연결된 핀 보다 높다. 이로 인하여, Tx 채널 핀과 Rx 채널 핀 사이의 거리가 가까우면 그들 사이의 기생 용량으로 인하여 커플링(coupling) 때문에 Rx 채널을 통해 수신되는 센서 신호가 변할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 도 29와 같이 터치 IC(20)에서 Rx 채널 그룹(Rx)에서 Tx의 채널과 가까운 1~2번, 6~7번 핀들(이하, “그라운드 핀”이라 함)(G)은 그라운드 전압이 인가되거나 플로팅 또는 일정한 직류 전압이 인가될 수 있다. 이러한 그라운드 핀은 Rx 채널 그룹(RX)에만 배치되는 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 그라운드 핀은 Tx 채널 그룹(TX(1), TX(2))에서 Tx 라인에 연결되는 유효 핀과, RX 채널(RX)에서 Rx 라인에 연결되는 유효 핀 사이에 존재하는 하나 이상의 핀들로 설정될 수 있다.
터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인에 연결된 정전 용량 값과, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인에 연결된 정전 용량 값이 달라질 수 있다. 이 경우, 도 29와 같이, Rx 채널 그룹(RX)에서 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인들과 연결된 핀들(1~2, 6~7)의 전압과, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들과 연결된 핀들(3~5)의 전압이 다를 수 있다. 이웃한 핀들 사이의 원치 않는 커플링은 Rx 채널들의 수신 신호에 노이즈를 크게 한다. 터치 센서 영역(TAR)의 Rx 라인들에 연결된 핀들(1~2, 6~7)과, 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 Rx 라인들에 연결된 핀들(3~5) 사이의 커플링을 줄이기 위하여 그 사이에 하나 이상의 그라운드 핀(G)이 배치될 수 있다.
그라운드 핀들(G)은 무효 채널(NRx)의 비구동 Rx 라인들 또는 이웃한 Tx 라인 그룹들 사이에 배치되는 비구동 Tx 라인들(도 33 참조)에 연결될 수 있다.
도 30 및 도 31은 터치 센서 영역(TAR)과 지문&터치 센서 영역(FTAR) 상에 동일 피치로 고밀도 센서 배선들이 형성될 때 그 센서 배선들을 그룹 단위로 구동하기 위한 쇼팅 라인들(81)을 보여 준다. 쇼팅 라인(81, 83)은 도 30과 같이 센서 어레이의 외곽에 배치되어 센서 배선들을 연결할 수 있다. 또한, 하나 이상의 쇼팅 라인(85)이 도 5와 같이 센서 어레이의 내부에 배치될 수도 있다.
도 32 및 도 33은 비구동 센서 배선들의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다.
도 32 및 도 33을 참조하면, 비구동 센서 배선들(91)은 전술한 바와 같이 무효 채널(NRx)의 비구동 Rx 라인들을 포함한다. 또한, 비구동 센서 배선들(91)은 이웃한 Tx 라인 그룹들 간에 배치되는 비구동 Tx 라인들을 더 포함할 수 있다. 이러한 비구동 센서 배선들(91)은 센서 배선들에 연결된 정전 용량을 줄인다. 비구동 센서 배선들(91)은 그라운드 처리되거나 플로팅 처리될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 지문&터치 센서 영역(FTAR)의 센서 배선들 중 적어도 일부를 터치 센서 영역(TAR)의 센서 배선들과 분리하여 센서 배선들에 연결된 정전 용량과 저항을 줄일 수 있고 또한, 센서 구동 신호의 시정수도 줄여 센싱 감도를 개선할 수 있다. 나아가, 본 발명은 고밀 도 센서 배선들 중 일부를 그라운드 또는 플로팅 처리하여 센서 배선들의 정전 용량을 더 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 화면이 표시되는 영역 상에서 지문인식 기능과 함께 터치인식 기능을 구현할 수 있으므로 화면 영역에 터치를 인식할 수 없는 데드 존(dead zone) 없이 센서 어레이 전체에서 터치 입력을 센싱할 수 있고 터치 궤적을 연속적으로 센싱하여 센싱 감도를 높일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동 회로 14 : 스캔 구동 회로
16 : 타이밍 콘트롤러 18 : 호스트 시스템
20 : 터치 IC FTAR : 지문&터치 센서 영역
TAR : 터치 센서 영역 FTa : 지문&터치 센서
Ta : 터치 센서

Claims (9)

  1. 센서들이 배치된 터치 센서 영역, 센서들이 배치된 지문&터치 센서 영역, 및 상기 터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들, 및 지문&터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들을 포함한 센서 어레이; 및
    상기 터치 센서 영역과 상기 지문&터치 센서 영역의 센서 배선들에 연결되어 터치 인식 모드에서 상기 터치 센서 영역과 상기 지문&터치 센서 영역으로부터 수신된 센서 신호의 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하고, 지문 인식 모드에서 상기 지문&터치 센서 영역으로부터 수신된 센서 신호의 변화를 바탕으로 지문을 센싱하는 터치 IC를 포함하고,
    상기 지문&터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들 중 적어도 일부가 상기 터치 센서 영역의 센서들에 연결된 센서 배선들과 분리되며,
    상기 터치 센서 영역과 상기 지문&터치 센서 영역의 센서 배선들은
    센서 구동신호가 인가되는 Tx 라인들과, 상기 Tx 라인들과 교차되는 Rx 라인들을 포함하고,
    상기 Tx 라인들은 제1 쇼팅 라인을 통해 Tx 라인 그룹 단위로 묶이고, 상기 Rx 라인들 중에서 일부는 유효 채널 그룹 단위로 묶이며,
    상기 유효 채널 그룹 내의 Rx 라인들을 제외한 하나 이상의 비구동 Rx 라인은 플로팅되거나 그라운드 처리된 지문센서 일체형 터치 스크린 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    이웃한 상기 Tx 라인 그룹들 간에 배치된 하나 이상의 비구동 Tx 라인이 플로팅되거나 그라운드 처리되는 지문센서 일체형 터치 스크린 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지문&터치 센서 영역을 지나는 Rx 라인들이 그와 이웃하는 상기 터치 센서 영역의 Rx 라인들과 분리되는 지문센서 일체형 터치 스크린 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 지문&터치 센서 영역을 지나는 Tx 라인들이 그와 이웃하는 상기 터치 센서 영역의 Tx 라인들과 분리되는 지문센서 일체형 터치 스크린 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 터치 IC는 상기 Rx 라인들과 연결되는 Rx 채널들을 가지는 하나 이상의 Rx 채널 그룹과, 상기 Tx 라인들과 연결되는 Tx 채널들을 가지는 하나 이상의 Tx 채널 그룹을 포함하고,
    상기 Tx 채널 그룹들 사이에 상기 Rx 채널 그룹이 배치된 지문센서 일체형 터치 스크린 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 Rx 채널 그룹의 Rx 채널들에 연결된 핀들 중에서 상기 Tx 채널 그룹과 이웃한 하나 이상의 핀들이 플로팅되거나 그라운드 처리되는 지문센서 일체형 터치 스크린 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 Rx 채널 그룹의 Rx 채널들에 연결된 핀들 중에서 상기 지문&터치 센서 영역의 Rx 라인들과 연결된 핀들과, 상기 터치 센서 영역의 Rx 라인들과 연결된 핀들 사이에 배치된 하나 이상의 핀들이 플로팅되거나 그라운드 처리되는 지문센서 일체형 터치 스크린 장치.
KR1020160062159A 2016-05-20 2016-05-20 지문센서 일체형 터치 스크린 장치 KR102518377B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160062159A KR102518377B1 (ko) 2016-05-20 2016-05-20 지문센서 일체형 터치 스크린 장치
US15/385,238 US10338731B2 (en) 2016-05-20 2016-12-20 Fingerprint sensor integrated type touchscreen device
CN201611233948.7A CN107402680B (zh) 2016-05-20 2016-12-28 指纹传感器集成型触摸屏装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160062159A KR102518377B1 (ko) 2016-05-20 2016-05-20 지문센서 일체형 터치 스크린 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170131786A KR20170131786A (ko) 2017-11-30
KR102518377B1 true KR102518377B1 (ko) 2023-04-06

Family

ID=60330098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160062159A KR102518377B1 (ko) 2016-05-20 2016-05-20 지문센서 일체형 터치 스크린 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10338731B2 (ko)
KR (1) KR102518377B1 (ko)
CN (1) CN107402680B (ko)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102348486B1 (ko) * 2015-04-29 2022-01-07 삼성전자 주식회사 전자 장치
KR20180026597A (ko) * 2016-09-02 2018-03-13 삼성디스플레이 주식회사 터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치
KR102603597B1 (ko) * 2016-10-24 2023-11-21 엘지디스플레이 주식회사 지문센서 일체형 터치 스크린 장치와 그 구동방법
CN106409224A (zh) * 2016-10-28 2017-02-15 京东方科技集团股份有限公司 像素驱动电路、驱动电路、显示基板和显示装置
KR20180067226A (ko) * 2016-12-12 2018-06-20 삼성전자주식회사 지문감지가 가능한 터치 센서, 이를 채용한 표시 장치 및 전자 기기
KR102684180B1 (ko) * 2016-12-28 2024-07-15 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서, 이를 포함하는 표시 장치, 및 터치 센서의 구동 방법
EP3564796A4 (en) * 2016-12-29 2020-08-05 LG Electronics Inc. -1- ELECTRONIC DEVICE
US10976860B2 (en) * 2017-01-18 2021-04-13 Lg Electronics Inc. Electronic device
KR102070407B1 (ko) * 2017-01-31 2020-01-28 삼성전자주식회사 전자장치 및 이를 사용하여 디스플레이에 연동된 생체 센서의 제어 방법
KR102330096B1 (ko) * 2017-04-06 2021-11-23 삼성전자 주식회사 디스플레이로 영상 데이터가 전송되지 않는 구간에 생체 정보를 획득하기 위한 방법 및 전자 장치
US10614279B2 (en) * 2017-06-02 2020-04-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for driving fingerprint sensing array provided in touchscreen, and driver integrated circuit for driving the touchscreen including the fingerprint sensing array
KR102502761B1 (ko) * 2017-07-05 2023-02-22 삼성디스플레이 주식회사 센서 픽셀, 지문 센서 및 그 구동 방법
KR102420020B1 (ko) * 2017-12-01 2022-07-12 삼성전자주식회사 터치-지문 복합 센서와 그 동작방법 및 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치
CN108052229A (zh) * 2017-12-29 2018-05-18 云谷（固安）科技有限公司 一种触控面板及其装置
CN108089756A (zh) * 2017-12-29 2018-05-29 云谷（固安）科技有限公司 一种触控面板及其驱动控制方法、触控显示装置
CN108170318B (zh) * 2018-01-26 2020-11-10 泉州市盛维电子科技有限公司 表面具有分区布置的驱动、感应传导线的电容式触控面板
KR102517692B1 (ko) * 2018-02-05 2023-04-03 삼성전자주식회사 혈압 측정 장치 및 방법
CN108647606B (zh) * 2018-04-28 2020-07-14 武汉天马微电子有限公司 一种显示面板和显示装置
KR102567974B1 (ko) 2018-05-30 2023-08-17 삼성전자주식회사 인쇄회로기판을 포함하는 메모리 시스템 및 스토리지 장치
KR102581472B1 (ko) 2018-08-10 2023-09-21 삼성전자주식회사 터치-지문 복합 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
KR102505625B1 (ko) 2018-08-14 2023-03-07 삼성디스플레이 주식회사 전자 장치
CN110442259B (zh) * 2019-07-18 2021-03-16 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 触控基板及显示面板
CN110427842A (zh) * 2019-07-18 2019-11-08 武汉华星光电技术有限公司 一种识别模组、显示面板
US11244135B2 (en) 2019-08-01 2022-02-08 Novatek Microelectronics Corp. Electronic circuit having display driving function, touch sensing function and fingerprint sensing function
JP7330049B2 (ja) * 2019-10-03 2023-08-21 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置およびタッチパネル
CN111027498B (zh) * 2019-12-17 2023-04-25 上海思立微电子科技有限公司 指纹识别传感器及指纹识别方法
KR20210086143A (ko) * 2019-12-31 2021-07-08 엘지디스플레이 주식회사 터치 디스플레이 장치
KR20210103317A (ko) 2020-02-13 2021-08-23 삼성전자주식회사 지문-터치 복합 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
US11380128B2 (en) * 2020-03-02 2022-07-05 Himax Technologies Limited Apparatus integrated with fingerprint recognition and touch detection, and method of controlling the same
JP7336409B2 (ja) * 2020-03-30 2023-08-31 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置およびタッチパネル
US20210318782A1 (en) * 2020-04-13 2021-10-14 Himax Technologies Limited Apparatus integrated with fingerprint recognition and touch detection
US11397493B2 (en) * 2020-05-27 2022-07-26 Novatek Microelectronics Corp. Method for touch sensing enhancement implemented in single chip, single chip capable of achieving touch sensing enhancement, and computing apparatus
CN113760111A (zh) * 2020-06-02 2021-12-07 联咏科技股份有限公司 用于触摸感测增强的方法、单芯片以及运算装置
US11500492B2 (en) * 2020-06-16 2022-11-15 Novatek Microelectronics Corp. Method of controlling display panel and related control circuit
KR20220041304A (ko) * 2020-09-24 2022-04-01 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
KR20220047463A (ko) * 2020-10-08 2022-04-18 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 그것의 동작 방법
KR20230076005A (ko) * 2021-11-23 2023-05-31 엘지디스플레이 주식회사 터치 구동 회로 및 터치 디스플레이 장치
CN117957514A (zh) * 2022-08-30 2024-04-30 京东方科技集团股份有限公司 触控显示面板及显示装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7710736B2 (en) * 2005-08-02 2010-05-04 Sandisk Corporation Memory card with latching mechanism for hinged cover
US9772667B2 (en) * 2007-06-13 2017-09-26 Apple Inc. Integrated multi-touch surface having varying sensor granularity
US8564314B2 (en) * 2010-11-02 2013-10-22 Atmel Corporation Capacitive touch sensor for identifying a fingerprint
CN102135830A (zh) * 2010-11-22 2011-07-27 华为终端有限公司 触摸屏触发方法及触摸装置
US20120218231A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 Motorola Mobility, Inc. Electronic Device and Method for Calibration of a Touch Screen
KR102245293B1 (ko) 2012-04-10 2021-04-28 이덱스 바이오메트릭스 아사 생체정보의 감지
US9030440B2 (en) 2012-05-18 2015-05-12 Apple Inc. Capacitive sensor packaging
KR20150073539A (ko) * 2013-12-23 2015-07-01 삼성전자주식회사 전자장치의 입력 감지장치 및 방법
KR102238994B1 (ko) * 2014-07-17 2021-04-12 엘지디스플레이 주식회사 표시장치
KR102330586B1 (ko) * 2014-09-17 2021-11-24 엘지디스플레이 주식회사 터치/지문 센싱 장치
CN106293287B (zh) * 2015-06-10 2023-09-22 宸鸿科技(厦门)有限公司 具指纹辨识功能的触控装置
KR102395991B1 (ko) * 2015-10-29 2022-05-10 삼성전자주식회사 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 기기
CN105552043A (zh) * 2015-12-28 2016-05-04 江阴长电先进封装有限公司 一种指纹识别传感器的封装结构
EP3443447A4 (en) * 2016-04-13 2020-07-29 Ami Research&development, LLC CREATION OF VIRTUAL INTERSECTION POINTS ON A TOUCH SCREEN TO ALLOW USER AUTHENTICATION BY STATIC FINGERPRINT WITHOUT WIPING

Also Published As

Publication number Publication date
US10338731B2 (en) 2019-07-02
KR20170131786A (ko) 2017-11-30
US20170336909A1 (en) 2017-11-23
CN107402680A (zh) 2017-11-28
CN107402680B (zh) 2020-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102518377B1 (ko) 지문센서 일체형 터치 스크린 장치
KR102358042B1 (ko) 지문센서 일체형 터치 스크린 장치
KR102635898B1 (ko) 지문센서 일체형 터치 스크린 장치
JP6990673B2 (ja) 静電容量感知デバイスのための多重センサタッチ統合表示ドライバ構成
EP3252577B1 (en) Display device including fingerprint sensor
CN107977105B (zh) 具有集成指纹传感器的触摸屏设备及其驱动方法
US10877595B2 (en) Fingerprint sensor integrated type touch screen panel
KR102257173B1 (ko) 감소된 기생 커패시턴스를 위한 변조된 전력 공급부
US10126861B2 (en) Force sensor substrate
US9594458B2 (en) Shielding with display elements
KR102374750B1 (ko) 지문센서 일체형 터치 스크린 장치와 그 구동방법
WO2016014698A2 (en) Routing for an integrated display and input sensing device
KR102324659B1 (ko) 지문센서 일체형 터치 스크린 장치와 그 구동방법
KR102481784B1 (ko) 지문센서 일체형 터치 스크린 장치와 그 구동방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right